南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專(zhuān)題九 第3講 電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用課件 新人教版

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1、第3講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用1.電磁感應(yīng)中，切割磁感線(xiàn)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生_，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于_.2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的方向：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分電路為電源部分，電流為電源內(nèi)部電流流向_電勢(shì)處，外電路中的電流流向_電勢(shì)處.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電源高低3.電磁感應(yīng)問(wèn)題往往跟運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起，分析時(shí)要特別注意加速度 a0、速度 v 達(dá)到最大值的特點(diǎn).這類(lèi)問(wèn)題的分析思路如下：4.電磁感應(yīng)過(guò)程實(shí)質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程.安培力做功的過(guò)程，是_能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程，安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能.克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為_(kāi).電電能【基礎(chǔ)檢測(cè)

2、】(多選，2016 年西藏第一高級(jí)中學(xué)月考)如圖 9-3-1 所示，平行金屬導(dǎo)軌寬度為 d，一部分軌道水平，左端接電阻 R，傾斜部分與水平面成角，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，且置于垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，現(xiàn)將一質(zhì)量為 m 長(zhǎng)度也為 d 的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌頂端由靜止釋放，直至滑到水平部分(導(dǎo)體棒下滑到水平部分之前已經(jīng)勻速，滑動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌保持良好接觸，重力加速度為 g，)不計(jì)一切摩擦力，導(dǎo)體棒接入回路電阻為 r，則整個(gè)下滑過(guò)程中()圖 9-3-1D.重力和安培力對(duì)導(dǎo)體棒所做的功大于導(dǎo)體棒獲得的動(dòng)能答案：AC考點(diǎn)1電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題重點(diǎn)歸納1.電源及電路(1) 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體相當(dāng)于電源，

3、這部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于電源內(nèi)阻.(2)外電路由電阻、電容等電學(xué)元件組成.2.解決電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基本步驟(1)分清內(nèi)外電路及電路結(jié)構(gòu).(2)求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的大小和方向.(3)結(jié)合閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路知識(shí)和電功率、焦耳定律等關(guān)系式聯(lián)立求解. 典例剖析例1：在同一水平面的光滑平行導(dǎo)軌P、Q相距l(xiāng)1 m，導(dǎo)軌左端接有如圖9-3-2所示的電路，其中水平放置的平行板電容器兩極板M、N間距離d10 mm，定值電阻R1R212 ，R32 ，金屬棒ab電阻r2 ，其他電阻不計(jì).磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直穿過(guò)導(dǎo)軌平面，當(dāng)金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量m11014 kg，帶電荷

4、量q11014 C的微粒恰好懸浮于電容器兩極板之間靜止不動(dòng).取g10 m/s2，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，且運(yùn)動(dòng)速度保持恒定.試求：圖 9-3-2(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向.(2)ab 兩端的路端電壓.(3)金屬棒 ab 運(yùn)動(dòng)的速度.思維點(diǎn)撥：金屬棒ab 相當(dāng)于電源，電路中各元件怎樣連接(串、并聯(lián))，決定了電壓的分配和微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).解：(1)負(fù)電荷受到重力和電場(chǎng)力作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)，因重力方向豎直向下，則電場(chǎng)力方向豎直向上，故M 板帶正電.ab棒向右切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，ab 棒等效于電源，其a 端為電源的正極，由右手定則可判斷，磁場(chǎng)方向豎直向下.(2)負(fù)電荷受到重力和電場(chǎng)力而靜止

5、，有ab 棒兩端的電壓為(3)由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為EBlv由閉合電路歐姆定律得EUabIr0.5 V備考策略：解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題，必須按題意畫(huà)出等效電路圖，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等效為電源電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體的電阻等效為內(nèi)阻，求電動(dòng)勢(shì)要用電磁感應(yīng)定律，其余問(wèn)題為電路分析及閉合電路歐姆定律的應(yīng)用.【考點(diǎn)練透】1.(2015年河北衡水中學(xué)調(diào)研)如圖9-3-3甲所示，兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)11 m，導(dǎo)軌平面與水平面成30角，上端連接阻值R1.5 的電阻；質(zhì)量為m0.2 kg、阻值r0.5 的勻質(zhì)金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上，距離導(dǎo)軌最上端為L(zhǎng)24 m，棒與導(dǎo)軌垂直

6、并保持良好接觸.整個(gè)裝置處于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，該勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示.(g10 m/s2)甲乙圖 9-3-3(1)保持 ab 棒靜止，在 04 s 內(nèi)，通過(guò)金屬棒 ab 的電流多大？方向如何？(2)為了保持 ab 棒靜止，需要在棒的中點(diǎn)施加一平行于導(dǎo)軌平面的外力 F，求當(dāng) t2 s 時(shí)，外力 F 的大小和方向.(3)5 s 后，撤去外力 F，金屬棒將由靜止開(kāi)始下滑，這時(shí)用電壓傳感器將 R 兩端的電壓即時(shí)采集并輸入計(jì)算機(jī)，在顯示器顯示的電壓達(dá)到某一恒定值后，記下該時(shí)刻棒的位置，測(cè)出該位置與棒初始位置相距 2.4 m，求金屬棒此時(shí)的速度及下滑到該位置的過(guò)

7、程中在電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱.解：(1)在 04 s 內(nèi)，由法拉第電磁感應(yīng)定律得代入數(shù)據(jù)，解得 E1 V由 ab.(2)當(dāng) t2 s 時(shí)，ab 棒受到沿斜面向上的安培力F 安BIL10.50.51 N0.25 N對(duì)ab 棒受力分析，由平衡條件得FF安mgsin 300Fmgsin 30F 安(0.2100.50.25)N0.75 N，方向沿導(dǎo)軌斜面向上.(3)ab 棒沿導(dǎo)軌下滑切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，有 EBL1v棒下滑至速度穩(wěn)定時(shí)，棒兩端電壓也恒定，此時(shí)ab 棒受力平衡，有 mgsin 30BIL12.(2014 年新課標(biāo)卷)半徑分別為 r 和 2r 的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，一

8、長(zhǎng)為 r、質(zhì)量為 m 且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒 AB 置于圓導(dǎo)軌上面，BA的延長(zhǎng)線(xiàn)通過(guò)圓導(dǎo)軌中心O，裝置的俯視圖如圖 9-3-4 所示.整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 B，方向豎直向下.在內(nèi)圓導(dǎo)軌的 C 點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的 D 點(diǎn)之間接有一阻值為 R 的電阻(圖中未畫(huà)出).直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度繞 O 逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸.設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略.重力加速度大小為g.求(1)通過(guò)電阻 R 的感應(yīng)電流的方向和大小.(2)外力的功率.圖 9-3-4解：(1)根據(jù)右手定則，得導(dǎo)體棒 AB 上的電流方向?yàn)锽A，故電

9、阻 R 上的電流方向?yàn)?CD.而vAr，vB2r根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體棒AB 上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBrv(2)根據(jù)能量守恒定律，外力的功率 P 等于安培力與摩擦力的功率之和，即 PBIrvfv，而 fmg考點(diǎn)2電磁感應(yīng)中的力與能的分析重點(diǎn)歸納1.運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析2.能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn)3.安培力在不同情況下的作用(1)當(dāng)磁場(chǎng)不動(dòng)、導(dǎo)體做切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相反，安培力對(duì)導(dǎo)體做負(fù)功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱.(2)當(dāng)導(dǎo)體開(kāi)始時(shí)靜止、磁場(chǎng)(磁體)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向相同，安培力做正功，電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能.4.電磁感應(yīng)中的力學(xué)分析(1)受力分析時(shí)

10、應(yīng)特別注意伴隨感應(yīng)電流而產(chǎn)生的安培力.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體受到的安培力恒定，變速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體受到的安培力隨速度變化而變化.(2)分析時(shí)要畫(huà)好受力分析圖，抓住 a0 時(shí)，速度 v 達(dá)到最大值的特點(diǎn).5.綜合問(wèn)題分析思路(1)電磁學(xué)部分思路：產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分電路等效為電源，如果在一個(gè)電路中切割磁感線(xiàn)的是幾部分互相聯(lián)系的電路，則可等效成電源的串并聯(lián).分析內(nèi)外電路結(jié)構(gòu)，應(yīng)用閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律確定電學(xué)量之間的關(guān)系.(2)力學(xué)部分思路：分析通電導(dǎo)體的受力情況及力的效果，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理等規(guī)律確定力學(xué)量之間的關(guān)系.6.功能問(wèn)題分析方法(1)用法拉第電

11、磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向.(2)畫(huà)出等效電路，求回路中電阻消耗電功率的表達(dá)式.(3)分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿(mǎn)足的方程. 典例剖析例2：(2015年湖南懷化期末)如圖9-3-5所示，光滑平行的金屬導(dǎo)軌MN和PQ，間距L1.0 m，與水平面之間的夾角30，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.0 T，垂直于導(dǎo)軌平面向上，MP間接有阻值R2.0 的電阻，其他電阻不計(jì)，質(zhì)量m2.0 kg的金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，用變力F沿導(dǎo)軌平面向上拉金屬桿ab，若金屬桿ab以恒定加速度a2 m/s2，由靜止開(kāi)始做勻變速運(yùn)動(dòng)，則：(g10 m/s2)(1)

12、在 5 s 內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少？(2)第 5 s 末，回路中的電流多大？(3)第 5 s 末，作用在 ab 桿上的外力 F 多大？圖 9-3-5思維點(diǎn)撥：由題可知，金屬桿做勻加速運(yùn)動(dòng)，由法拉第電磁感應(yīng)定律可得平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；求出 5 s 的速度，由EBLv求出瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而求出 5 s 末的電流和安培力，再根據(jù)牛頓第二定律即可求解.(2)5 s 末的瞬時(shí)速度為 vat5 s 末的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 EBLv聯(lián)立解得 I10 A.(3)由安培力公式得 F 安BIL由牛頓第二定律，得F(F安mgsin 30)ma聯(lián)立解得 F34 N.【考點(diǎn)練透】3.(2015年江蘇徐州一模)如圖9-3-6所示

13、，相距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌，MN、PQ與水平面的夾角為，N、Q兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下.將質(zhì)量為m、阻值也為R的金屬桿ab垂直放在導(dǎo)軌上，桿ab由靜止釋放，下滑距離x時(shí)達(dá)到最大速度.重力加速度為g，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，桿與導(dǎo)軌接觸良好.求：圖 9-3-6(1)桿 ab 下滑的最大加速度.(2)桿 ab 下滑的最大速度.(3)上述過(guò)程中，桿上產(chǎn)生的熱量.解：(1)設(shè)ab 桿下滑到某位置時(shí)速度為v，則此時(shí)桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBLv桿所受的安培力 FBIL當(dāng)速度 v0 時(shí)，桿的加速度最大，最大加速度agsin ，方向沿導(dǎo)軌平

14、面向下.模型滑桿模型電磁感應(yīng)中的滑桿問(wèn)題是綜合性問(wèn)題，涉及電磁感應(yīng)、安培力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律及能量守恒定律等，是近幾年高考考查的熱點(diǎn).滑桿模型中的導(dǎo)軌一般都是平行導(dǎo)軌.重點(diǎn)都是在臨界條件下或設(shè)定的條件下對(duì)桿進(jìn)行受力分析.單桿滑桿模型中，導(dǎo)軌有水平的，有傾斜的，也有豎直的，它們都可和其他電學(xué)元件組成電路考查.導(dǎo)軌豎直時(shí)，受力主要分析豎直方向的重力、摩擦力、安培力等；能量方面要注意重力勢(shì)能與滑桿動(dòng)能、其他能量的關(guān)系.導(dǎo)軌傾斜時(shí)主要注意桿在斜面上的受力分析.雙桿導(dǎo)體棒的滑動(dòng)問(wèn)題，由于運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)比較復(fù)雜，一般只從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度分析求解.滑桿模型問(wèn)題的物理情境變化空間大

15、，題目綜合性強(qiáng)，是高考的熱點(diǎn)和難點(diǎn).在學(xué)習(xí)掌握解題時(shí)，可做一些不同類(lèi)型、不同變化點(diǎn)組合的題目，注意要不斷地總結(jié)，并可主動(dòng)變換題設(shè)條件進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，這樣不僅有利于快速深入地掌握解題技巧，還能熟悉滑桿的各類(lèi)變換，把握精髓，觸類(lèi)旁通，同時(shí)掌握解決相類(lèi)似模型問(wèn)題的能力.例3：如圖9-3-7所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一上、下兩層均與水平面平行的U型光滑金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌面上各放一根完全相同的質(zhì)量為m的勻質(zhì)金屬桿A1和A2，開(kāi)始時(shí)兩根金屬桿位于同一豎起面內(nèi)且桿與軌道垂直.設(shè)兩導(dǎo)軌面相距為H，導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，金屬桿單位長(zhǎng)度的電阻為r.現(xiàn)有一質(zhì)量為0.5m的不帶電

16、小球以水平向右的速度v0撞擊桿A1的中點(diǎn)，撞擊后小球反彈落到下層面上的C點(diǎn).C點(diǎn)與桿A2初始位置相距為s.求：(1)回路內(nèi)感應(yīng)電流的最大值.(2)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電流最多產(chǎn)生了多少熱量？(3)當(dāng)桿A2與桿A1的速度比為1 3時(shí)，A2受到的安培力大小.圖 9-3-7審題突破：在碰撞中動(dòng)量守恒，結(jié)合小球的平拋運(yùn)動(dòng)，可求得A1 碰撞后的速度，此時(shí)感應(yīng)電流最大(往后速度會(huì)減小)；系統(tǒng)在平衡后(不一定靜止)，即電流為零后停止產(chǎn)生熱量，可通過(guò)能量守恒求得產(chǎn)生的總熱量；碰撞后 A1、A2兩桿任何時(shí)刻電流大小相等、方向相反，根據(jù)F安培BIL，可知兩桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零，動(dòng)量守恒，可求出兩桿的速度大小，

17、進(jìn)而求出感應(yīng)電流和所受安培力.題外拓展：如果磁場(chǎng)方向突然變成豎直向下，大小不變，那么兩桿的最終狀態(tài)會(huì)是怎么樣？整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量又是多少？如果將一個(gè)電壓表接在導(dǎo)軌兩邊(兩桿之間的導(dǎo)軌)，最終其讀數(shù)是多少？【觸類(lèi)旁通】(2014 年江蘇卷)如圖 9-3-8 所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為 L，長(zhǎng)為 3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長(zhǎng)為 d 的薄絕緣涂層.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B，方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為 m 的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端.導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為 R，其他部分的電阻均不計(jì)，重力加速度為 g.求：圖 9-3-8(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù).(2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小 v.(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱 Q.解：(1)在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力平衡有mgsin mgcos 解得tan .(2)在光滑導(dǎo)軌上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) EBLv安培力 F安BIL